《检测技术与自动化仪表》第7章电感式传感器.pptx

检测技术与自动化仪表;概述;7.1自感式传感器;工作原理演示;工作原理演示;结构:由线圈、铁芯、衔铁三部分组成。

铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为σ;

传感器运动部分与衔铁相连，衔铁移动时σ发生变化引起磁路的磁阻Rm变化，使电芯线圈的电感值L变化；;一、电感传感器的基本工作原理;电感量计算公式;自感式电感传感器常见的形式;二、输出特性;Δσ/σ《1时，泰勒级数展开;对上式作线性处理(忽略高次项)时;差动式原理：

差动变隙式由两个相同的线圈L1、L2和磁路组成。当被测量通过导杆使衔铁左右位移时，两个回路中磁阻发生大小相等、方向相反的变化，形成差动形式。;差动电感传感器特点;差动式电感传感器的特性;当一个增加一个减小时电感总的变化为：;讨论：

比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍；

差动式非线性项比单线圈多乘了(Δσ/σ)因子；

不存在偶次项，因Δσ/σ1，线性度得到改善。

差动式的两个电感结构，可抵消温度、噪声干扰的影响。;三、测量转换电路;

从电路角度看，电感式传感器的线圈并非是纯电感，该电感由有功分量和无功分量两部分组成。有功分量包括：线圈线绕电阻和涡流损耗电阻及磁滞损耗电阻，这些都可折合成为有功电阻，其总电阻可用R来表示；无功分量包含：线圈的自感L,绕线间分布电容，为简便起见可视为集中参数，用C来表示。;交流电桥式检测电路;电压输出一个是与电源同相的分量，另一个与电源相差90度的正交分量，线圈品质因素Q较高时可以消除正交分量，输出可写为：;变压器式交流电桥检测电路;当衔铁在中间位置Z1=Z2=ZU0=0;相敏检波输出特性曲线;实测得到的相敏检波电路的特性曲线;;谐振式（调幅、调频、调相）;四、自感式传感器的应用;压力测量;压力测量用的膜盒;四、自感式传感器的应用;7.2变压器式传感器;一、变隙式差动变压器;当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，它与两个铁芯的间隙有δa0=δb0=δ0，则绕组W1a和W2a间的互感Ma与绕组W1b和W2b的互感Mb相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。由于次级绕组反相串联，因此，差动变压器输出电压Uo=e2a-e2b=0。

当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使δa≠δb，互感Ma≠Mb，两次级绕组的互感电势e2a≠e2b，输出电压Uo=e2a-e2b≠0，即差动变压器有电压输出，此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。;二、螺线管式差动变压器;结构与输出特性;两个次级线圈反相串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下,其等效电路如图所示。当初级绕组加以激励电压U时,根据变压器的工作原理,在两个次级绕组N21和N22中便会产生感应电势U21和U22。如果工艺上保证变压器结构完全对称,则当活动衔铁处于初始平衡位置时,必然会使两互感系数M1=M2。根据电磁感应原理,将有U21=U22。由于变压器两次级绕组反相串联,因而Uo=U22-U21=0,即差动变压器输出电压为零。;输出电压的特性曲线;当活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响，W2a中磁通将大于W2b，使M1M2，因而E2a增加，而E2b减小。反之，E2b增加，E2a减小。因为Uo=E2a-E2b，所以当E2a、E2b随着衔铁位移x变化时，Uo也必将随x而变化。

由图可以看出，当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压并不等于零，我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作ΔUo，它的存在使传感器的输出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。;零点残余电压;为减小零点残余电压的影响，一般要用电路进行补偿,电路补偿的方法较多,可采用以下方法。

串联电阻：消除两次级绕组基波分量幅值上的差异；

并联电阻电容：消除基波分量相差，减小谐波分量；

加反馈支路：初次级间反馈，减小谐波分量；

相敏检波对零点残余误差有很好的抑制作用。

这些电路可单个使用也可综合使用，需要通过实验证实效果;三、差动变压器式传感器测量电路;(1)差动整流电路

这种电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流，然后将整流的电压或电流的差值作为输出。;;开关式全波相敏检波电路;四、电感式传感器的应用;其他电感测微头;模拟式及数字式电感测微仪;7.2变压器式传感器;图滚柱直径分选装置

1—气缸2—活塞3—推杆4—被测滚柱5—落料管6—电感测微器7